Thiết kế bể xử lý hiếu khí nước thải sinh hoạt, đô thị

g, cho rất nhiều hình thức dịch vụ… Nước sau khi được sử dụng cho những mục đích trên lại được thải lại vào chính nguồn nước nơi mà con người đã khai thác cho mục đích sử dụng của mình. Tất cả những hoạt động đó do thiếu quản lý hay hiểu biết đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước và ở nhiều lúc nhiều nơi sự ô nhiếm đã trở nên trầm trọng. Nước có vai trò quan trọng đối với sự sống nhưng nước không phải là vô tận. Khoảng 97% khối lượng nước trên bề mặt trái đất là nước mặn, chỉ có một phần nhỏ là nguồn nước ngọt, con người có thể khai thác một phần nhỏ lượng nứoc ngọt phục vụ cho nhu cầu của mình. Nguồn nước ngọt vốn đã rất hạn chế lại càng trở nên hạn chế đối với nhu cầu ngày càng tăng của con người. Vởy mà tại nhiều khu vực kể cả nước mặt lẫn nước ngầm đang bị ô nhiễm nghiêm trọng do nước thải không được xử lý từ các nhà máy, xí nghiệp, từ các loại dịch vụ và từ các khu vực đô thị đã được thải vào các nguồn nước nhận. Đã có rất nhiều báo cáo về sự ô nhiẽm nước tại một số khu vực trên thế giới, đặc biệt là tại các đô thị và khu công nghiệp lớn. ở Việt Nam, bảo vệ tài nguyên nước khỏi bị cạn kiệt và tránh sự ô nhiễm nguồn nước gây ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng là vấn đề được xã hội quan tâm rất nhiều. Nhiều chính sách đã được áp dụng nhằm bảo vệ nguồn nước, ngăn chặn các hành vi gây ô nhiễm nguồn nước. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó có khoảng 52% hợp chất hữu cơ, 48% chất vô cơ như: các chất tẩy rửa, cac chất lắng được cũng như không lắng được, các in amôn, ion photphat và một số lớn vi sinh vật. Phần lớn các vi sinh vật này ở dạng vi khuẩn gây bệnh: tả, lỵ, thương hàn… Như vậy nếu thải trực tiếp nước thải sinh hoạt ra các nguồn tiếp nhận thì sẽ gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận. Do vậy, nước thải sinh hoạt buộc phải được xử lý trước khi thải ra môi trường. Để góp phần vào việc xử lý môi trường nói chung và làm sạch nước ô nhiễm nói riêng, trên cơ sở đó có thể tái sử dụng nước, bảo vệ nguồn nước tiếp nhận nhất là bảo vệ chất lượng các thuỷ vực gần khu dân cư, tôi lựa chọn đề tài thiết kế có tên là: “ Thiết kế bể xử lý hiếu khí nước thải sinh hoạt , đô thị “. Phần II. Tổng Quan. I.Khái niệm nước thải. Nước thải là nước sau khi đã được sử dụng với các mục đích khác nhau. Một trong các cách phân loại nước thải là có thể phân loại nước thải theo nguồn gốc phát sinh ra chúng. Theo cách phân loại này, có các loại nước thải sau: Nước thải sinh hoạt. Là nước thải được thải từ các khu dân cư, khu hoạt động thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác. Nước thải công nghiệp và dịch vụ: Là nước thải được thải từ các quá trình công nghệ hay dịch vụ có xử dụng nước và thành phần của nước thải phụ thuộc vào công nghệ hay dịch vụ. Nước thải của sản xuất nông nghiệp: Thường là nước tưới tiêu trong trồng trọt hay nước từ các khu vực chăn nuôi và trồng trọt: chất hữu cơ, phân hoá học, thuốc trừ sâu. Nước thải bệnh viện: Số lượng vi sinh vật lớn và đa dạng, nhiều vi sinh vật gây bệnh đặc biệt là các bệnh truyền nhiễm, các hoá chất độc hại, nguy hiểm và có thể có phóng xạ. Nước từ các hoạt động thương mại như chợ chứa nhiều chất hữu cơ v à rác. Nước mưa nhiễm bẩn: Độ ô nhiễm của nước mưa phụ thuộc vào độ ô nhiễm của môi trường không khí, bề mặt khu vực có nước chảy tràn. II. Nguồn gốc gây ô nhiễm. Nước thải sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt ở các đô thị đông dân là nơi có nguồn nước thải lớn nhất. Nước thải từ các hộ gia đình với các bể tự hoại và nhà cầu chưa đạt tiêu chuẩn vệ sinh, nước thải chứa các thức ăn thực phẩm… đã làm ô nhiễm nguồn nước. Hiện nay, Hà nội là thành phố có mật độ dân số cao. Do vậy, lượng nước thải sinh hoạt thải ra nguồn tiếp nhận hằng ngày là rất nhiều. Trong khi đó, hệ thống cống không được mở rộng và sửa chữa thường xuyên nên dẫn đến việc ô nhiễm trầm trọng nước trong hệ thống cống nước thải. Nước thải công nghiệp. Trong nước thải công nghiệp nói chung thường chứa các chất độc hại như kim loại nặng, các chất hữu cơ, vô cơ cao như: ccác ion K+, Na+, Ca2++, NH, … Hàm lượng BOD, COD cao làm giảm lượng oxi hoà tan trong nước và dẫn đến làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái của thuỷ vực… Các chất các hợp chất hữu cơ trong nước thải công nghiệp rất đa dạng: chất tẩy rửa tổng hợp, glixerin, dầu thực vật từ các xí nghiệp sản xuất bột giặt, nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm như nhà máy bia, rượu…bao gồm nhiều hợp chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật, tuy có thể phân huỷ trong môi trường tự nhiên nhưng rất dễ thối rữa gây ô nhiễm màu và mùi và đặc trưng là trị sơ BOD rất cao. Nước thải từ hoạt động sản xuất nông nghiệp. Nước từ cánh đồng, vườn hoa quả mang theo một lượng lớn chất bảo vệ thực vật như: thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm mốc. Ngoài ra còn một số dạng khác như: thuốc diệt loài gặm nhấm, thuốc trừ côn trùng. Các loại phân bón hoá học hay phân động vật bón cho đồng ruộng theo nước mưa chảy tràn đã gây ra ô nhiễm nguồn nước, thí dụ như làm giàu amoni và phospho trong nước thải gây nên tình trạng phì dưỡng ( nồng độ nitơ và phospho cao làm phát triển mạnh các loại tảo trong nước) cho ao hồ. Đặc biệt là thuốc trừ sâu, diệt cỏ chứa chất hữu cơ và kim loại có độc tính cao đối với người và động vật. Trong nước thải từ hoạt động nông nghiệp còn có nước thải từ các chuồng trại chăn nuôi chứa nhiều phân động vật gây ra ô nhiẽm hữu cơ, ô nhiễm màu và mùi cho nguồn nước nhận. ậ Việt Nam, sự ô nhiễm này là rất trầm trọng do lượng phân bón, thuốc trừ sâu được sử dụng với lượng lớn để đạt năng suất cây trồng cao. Sự ô nhiễm nước từ các bãi rác và các chất thải rắn. Khi mưa, nước mưa cuốn trôi các chất thải rắn nhất là ở các bãi rác vào nguồn nước mặt đồng thời các chất bẩn cũng bị ngấm xuống nước ngầm gây ô nhiễm ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt và nước ngầm. Hiện nay ở Việt nam do các bãi rác trưa được thiết kế đúng tiêu chuẩn nên nước rác từ các nơi đổ rác không được thu gom và xử lý, dẫn đến việc nước rác làm ô nhiễm nguồn nước và đất. Nước rác chứa rất nhiều các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ có độc tính cao cho người và các hệ sinh thái trong nguồn nước nhận. Tính trung bình một ngày 1 người thải 0,5 Kg chất thải rắn từ đó lượng rác chưa được đưa đến bãi rác tồn đọng trên đường phố cũng góp phần đáng kể cho sự ô nhiễm môi trường. Các rác thải độc hại trong nhà máy hay bệnh viện không được phân loại và xử lý là những nguồn ô nhiễm rất nguy hiểm. Nước thải từ bệnh viện. Nước thải từ bệnh viện là nước thải chứa rất nhiều hoá chất, bệnh phẩm và vi trùng nếu không được qua xử lý mà thải ra cống rãnh chung sẽ là nguồn ô nhiễm rất nguy hiểm độc hại không chỉ cho nguồn nước nhận mà còn cho người và động thực vật. Tại Việt nam, do nhiều nguyên nhân trong đó có nguyên nhân về kinh phí hạn hẹp nên ít bệnh viện lắp đặt hệ thống xử lý nước thải, cá biệt có trạm xử lý nhưng lại bị hạn chế về kinh phí để duy trì hoạt động vad sửa chữa. Do đó, nước thải bệnh hiện nay đang là nguồn ô nhiễm rất đáng kể. III. Các phương pháp xử lý nước thải. Phương pháp hoá lý. Phương pháp keo tụ. Keo tụ là phương pháp xử lý nước có sử dụng hoá chất, trong đó các hạt keo lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng phương pháp lắng hay tuyển nổi. Thông thường thì các biện pháp xử lý cơ học như lắng lọc, tuyển nổi chie có thể loại bỏ được các hạt có kích thước lớn hơn 10-4 mm, với các hạt có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm, nếu dùng quá trình lắng tĩch thì phải tốn rất nhiều thời gian và cũng rất khó có hiệu quả cao. Nhưng phương pháp xử lý hoá học keo tụ lại khắc phục được những đặc điểm trên và mang lại hiệu quả cao. Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ người ta có thể tách được, hoặc làm giảm đi các thành phần có trong nước như các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng, các aniôn PO4-3…và có thể cải thiện được màu và độ đục của nước. Tuyển nổi Trong xử lý nước thải, về nguyên tắc tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng. Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ(thường là không khí) vào trong pha lỏng. Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu. Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp, quá trình này cũng được dùng để tách các chất hoà tan như các chất hoạt động bề mặt. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ hoặc nhẹ và lắng chậm, trong thời gian ngắn. Hấp thụ. Quá trình hấp thụ được thực hiện khi cho nước thải chảy qua lớp vật liệu hấp thụ. Khi này các chất có trong nước thải sẽ bị dữ lại trên bề mặt của vật liệu hấp thụ. Kết quả là nước thỉa được làm sạch. Các chất hấp thụ thường được dùng làm than hoạt tính, Các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như: xỉ tro, xỉ, mặt sắt và chất hấp thụ bằng khoáng chất như: đất sét, silicagen, keo nhôm. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi Các chất hữu cơ hoà tan trong nước thải sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này không phân huỷ bằng con đường sinh học và thường có độc tố cao. Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả. Tuy nhiên việc ứng dụng vào thực tế còn bị hạn chế do chi phí của phương pháp này còn quá cao. Phương pháp hoá học. Các phương pháp xử lý nước thải gồm có: Trung hoà, oxy hoá và khử. Tất cả các phương pháp này đều dùng tác nhân hoá học nên là phương pháp gây ô nhiễm thứ cấp. Người ta sử dụng phương pháp hoá học để khử các chất hoà tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín. đôi khi phương pháp này dùng để xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này là phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn nước. Phương pháp trung hoà. Nước thải chứa axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà để đưa PH về khoảng 6,5 – 8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo. Trung hoà bằng trộn lẫn nước thải. Phương pháp này được sử dụng khi nước thải của xí nghiệp là axit còn xí nghiệp gần đó có nước thải là kiềm. Cả hai loại nước thải này đều không chứa các cấu gây ô nhiễm khác. Trung hoà bằng bằng bổ sung các tác nhân hoá học. Để trung hoà axit, có thể sử dụng các tác nhân hoá học như NaOH, KOH, Na2CO2, nước amôniac NH4OH, CaCO3, đôlô mít (CaCO3, MgCO3) và xi măng. Song tác nhân rẻ nhất là vôi 5 đến 10% CaCO3, tiếp đó là sôđa và NaOH ở dạng phế thải. Trung hoà nước thải axit bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hoà. Trong trường hợp này người ta sử dụng các vật liệu như manhêtit (MgCO3), đôlô mit, đá vôi, đá phấn, và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro làm lớp vật liệu lọc. Các vật trên sử dụng ở dạng cục với kích thước 30 – 80 mm. Quá trình được thực hiện trong các thiết bị lọc và nước thải đem xử lý có nồng độ axit không vượt quá 1,5 mg/l và không chứa muối kim loại nặng. Trung hoà bằng các khí axit. Để trung hoà nước thải kiềm, trong những năm gần đây người ta sử dụng khí thải chứa CO2, SO2, NO2, N2O3… Việc sử dụng khí axit không những cho phép trung hoà nước thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại. Việc sử dụng để trung hoà nước thải kiêm có ưu điểm so với việc dùng hay HCl và cho phép việc giảm đáng kể chi phí cho quá trình trung hoà. Phương pháp oxi hoá khử. Dùng các chất oxi hóa như clo ở dạng khí và lỏng, dioxit clo, clorat caxi, hypoclorit canxi và natri, pemângnnat kali, bicromat kali, , oxi của không khí, ozon, . Trong quá trình oxi hoá, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hoá học, do đó quá trình oxi hoá chỉ được dùng trong những trường hợp các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng phương pháp khác ( như khử xianua, các hợp chất hoà tan của asen). Phương xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học. Về nguyên tắc thì phương pháp xử lý sinh học được dựa trên cơ sở sử dụng các quá trình sống của vi sinh vật để phân huỷ các chất ô nhiễm trong nước thải. Quá trình sống của vi sinh vật trong tự nhiên chính là quá trình trao đổi chất để duy trì sự sống. Trong sự trao đổi chất này vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, một số khoáng chất trong nước hoặc trong một số trường hợp cùng với oxi làm nguồn dinh dưỡng để chuyển hoá thành năng lượng. Kết quả của các phản ứng sinh hoá này là khí thải , nước và tạo ra những vi sinh vật mới, do đó làm tăng sinh khối của quần thể vi sinh vật. Quá trình này về thực chất là quá trình khử. Đồng thời do lượng chất hữu cơ bị tiêu thụ cho quá trình trao đổi chất nên nồng độ chất hữu cơ sẽ giảm đi và kết quả là nước thải sẽ được làm sạch bởi các vi sinh vật. Điều kiện của nước thải có thể xử lý sinh học. Để cho quá trình chuyển hoá vi sinh vật xảy ra được thì vi sinh vật phải tồn tại được trong môi trường xử lý. Muốn vậy thì được xử lý sinh học phải thoả mãn các điều kiện sau: + Nước thải không có chất độc với vi sinh vật như các kim loại nặng, dẫn xuất phenol và cyanua, các chất thuộc loại thuốc trừ sâu và diệt cỏ hoặc nước thải không có hàm lượng axit hay kiềm quá cao, không được chứa dầu mỡ. + Trong nước thải, hàm lượng các chất hữu cơ dễ phân huỷ so với các chất hữu cơ chung phải đủ lớn, điều này thể hiện qua tỷ lệ giá trị hàm lượng BOD/COD 0,5. Nguyên lý của quá trình oxi hoá sinh học. Cơ chế của quá trình: Quá trình oxi hoá sinh hoá các chất hữu cơ trong môi trường nước thải chính là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ của các vi sinh vật. Quá trình này gồm 3 giai đoạn, diễn ra với tốc độ khác nhau nhưng có quan hệ chặt chẽ với nhau: + Giai đoạn khuyếch tán chất hữu cơ từ nước thải tới bề mặt các tế bào vi sinh vật. Tốc độ của giai đoạn này do quy luật khuyếch tán và trạng thái thuỷ động của môi trường quyết định. + Giai đoạn chuyển các chất hữu cơ đó qua màng bán thấm của tế bào do sự chênh lệch bên trong và bên ngoài của tế bào. + Giai đoạn chuyển hoá sinh hoá các chất trong tế bào vi sinh vật để tạo ra năng lượng, tổng hợp tế bào mới và có thể tạo ra các chất mới. Tác nhân sinh học trong quá trình xử lý. Vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học là vi sinh vật. Hệ vi sinh vật trong nước nói chung và trong nước thải nói riêng rất đa dạng và phong phú, phụ thuộc vào bản chất của nước và nước thải cũng như các điều kiện về môi trường. Thường tron nước thải có chứa nhiều loài: vi khuẩn, nguyên sinh động vật, prôtza… Vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải được xử dụng chủ yếu dưới hai dạng: + Bùn Hoạt tính: Là huyền phù vi sinh vật trong nước thải dưới dạng bông màu nâu vàng có kích thước 3-5 micromet. Bông này khi tụ hợp lại vơi nhau thì dễ lắng. Bùn hoạt tính có cấu tạo gồm các vi sinh vật, vi khuẩn, các nguyên sinh động vật protoza… phát triển thành sinh khối nhày và chắc. Hoạt tính của vi sinh vật là kết quả của sự vận chuyển oxi vào bông sinh học. Trong điều kiện khuấy trộn và làm thoáng ở bể với bùn hoạt tính thông thường bông sinh học có một lớp phủ trên bề mặt được gọi bề mặt hiếu khí. Tính chất lắng và nén của bùn hoạt tính là hai chỉ tiêu chính để đánh giá sự thành công của phương pháp xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính. Việc tạo bông liên quan chặt chẽ tới tốc độ phát triển của vi sinh vật và phụ thuộc vào bản chất của chất ô nhiễm, nồng độ oxi hoà tan và mức độ chảy rối. + Màng sinh học ( Màng sinh vật) Màng sinh học là một hệ thống vi sinh vật phát triển trên bề mặt các vật liẹu xốp, tạo thành màng dày 1-3 mm. Màng sinh học cũng bao gồm các vi khuẩn, nấm, nguyên sinh động vật… Quá trình xảy ra ở màng sinh học thường được xem như quá trình hiếu khí nhưng thực chất là hệ thống vi sinh vật hiếu và yếm khí. Khi dòng nước thải chảy trên lớp màng sinh vật, các chất hữu cơ và oxi hoà tan khuyếch tán qua màng và ở đó diễn ra các quá trình trao đổi chất. Sản phẩm của quá trình trao đổi chất thải ra ngoài qua màng. Trong suốt quá trình, oxi hoà tan luôn được bổ sung từ không khí. Theo thời gian, màng sinh học đầy dần lên, sau một thời gian màng bung ra và được thay thế bằng một lớp màng khác. Các phương pháp sinh học xử lý nước thải. + Phương pháp hiéu khí: Sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí, để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxi liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 200C-400c. Phương trình sinh hoá tổng quát các phản ứng oxi hoá sinh hoá ở điều kiện hiếu khí: (1) (2) + Phương pháp yếm khí: Là phương pháp xử dụng các nhóm vi sinh vật hô hấp yếm khí, thực hiện quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxi. Sản phẩm cuối cùng của quá trình oxi hoá sinh hoá này là tạo ra các chất hữu cơ đơn giản có mạch cacbon ngắn hơn như … Việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học có hiệu quả xử lý cao nhưng thời gian xửlý kéo dài. Tuy nhiên một đặc trưng quan trọng đối với xử lý sinh học là quá trình này không gây ô nhiễm thứ cấp, tức là không tạo ra các sản phẩm có thể tiếp tục gây ô nhiễm nước. Ngoài ra, xử lý sinh học còn có một số ưu điểm quan trọng sau đây: Xử lý triệt để. ít sử dụng hoá chất, không gây độc hại. Hiệu quả về kinh tế. Có thể tận dụng sản phẩm của quá trình xử lý ( bùn sinh học, khí sinh học) để làm phân bón, khí đốt… Các kỹ thuật sinh học xử lý nước thải 3.5.1.Trong điều kiện tự nhiên + Cánh đồng lọc Là phương pháp xử dụng các lớp đất đá và phần nào kết hợp với vi sinh vật trong lòng đất để xử lý các chất hữu cơ trong nước thải khi chúng được phun dưới dạng tưới trên một khoảng đất nào đó. Xử lý nước thải bằng phương pháp này đơn giản, hiệu quả xử lý cao 90% các chất hữu cơ có thể được giữ lại, không còn vi sinh vật gây bệnh, trứng ký sinh trùng nhờ ánh sáng mặt trời. Phương pháp này đòi hỏi phải có diện tích đất lớn và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện tự nhiên, đồng thời hệ thông mương dẫn hở. + Hồ sinh học: Trong hồ sinh học diễn ra các quá trình sinh hoá liên tiếp. Trước tiên, các chất hữu cơ bị vi sinh vật phân huỷ. Các sản phẩm tạo thành từ sự phân huỷ sẽ được rong tảo trong hồ sử dụng để làm nguồn dinh dưỡng. Hoạt động sống của rong, tảo và các thực vật trong hồ lại là nguồn tạo ra oxi tự do hoà tan trong nước để vi sinh vật xử dụng để phát triển sinh khối. Có nhiều loại xử lý bằng phương pháp hồ sinh học như sau: Hồ yếm khí: Là phương pháp xử dụng các vi sinh vật yếm khí phân huỷ các chất bẩn hoà tan và lắng trong lớp bun trầm tích của hồ.Phương pháp này cho hiệu quả không cao. Chất lượng nước sau xử lý BOD vẫn ở mức nồng độ 100-300 mg/l. Hồ hiếu khí tuỳ tiện: Là loại hồ phổ biến trong thực tế xử lý nước thải. Trong hồ diễn ra hai quá trình song songlà oxi hoá các chất bẩn hoà tan và lên men mêtan cặn lắng ở đáy hồ. Hồ hiếu khí: oxy được cấp vào hồ nhờ khuyếch tán qua mặt thoáng chủ yếu nhờ khả năng quang hợp của rong tảo. ` Hồ sinh học có khả năng xử lý lượng nước thải lớn và có tải lượng ô nhiễm cao, chi phí vận hành thấp và sử dụng được nguồn vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải có diện tích mặt bằng lớn, thời gian lưu nước kéo dài, có thể gây ô nhiễm đến môi trường xung quanh. Do vậy, phương pháp này thường kết hợp chức năng làm sạch nước thải với các mục đích khác nhau như nuôi trồng thuỷ sản, tưới tiêu cho nông nghiệp. 3.5.2. Trong điều kiện nhân tạo + Bể Aeroten: sử dụng làm sạch nước thải khi sử dụng bùn hoạt tính. Nguyên lý: Bể Aeroten là một bể phản ứng sinh học trong đó khí được cung cấp liên tục bằng hệ thống sục khí. Trong quá trình xử lý, các vi sinh vật sinh trưởng, phát triển và tồn tại ở trạng thái huyền phù. Việc sục khí ở đây phải đảm bảo hai yêu cầu quá trình: Đảm bảo độ oxi hoà tan cao giúp cho vi sinh vật thực hiện quá trình oxi hoá các chất hữu cơ. Duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong nước cần xử lý, tạo ra hỗn hợp lỏng huyền phù, giúp vi sinh vật tiếp xúc liên tục với các chất hữu cơ hoà tan trong nước, thực hiện quá trình hiếu khí làm sạch nước. ở đây khí được cấp liên tục tạo khả năng khuấy trộn đều hơn. Quá trình làm sạch nước dựa trên hoạt động của các vi sinh vật có trong bùn hoạt tính. Nước thải trước khi xử lý phải được lắng sơ bộ để tách các chất bẩn và phải xử lý sơ bộ để loại các chát độc hại đối với vi sinh vật. Nước ra khỏi bể aeroten được qua bể lắng đợt hai để tách bùn. Ưu điểm: Kết cấu thiết bị đơn giản và vận hành, an toàn, chi phí xây dựng tháp. Hiệu quả xử lý cao. Hiệu quả xử lý phụ thuộc rất nhiều vào các yuế tố như: Bản chất của các chát hữu cơ có trong nước thải Cường độ hô hấp của vi sinh vật Cường độ cấp khí Các điều kiện vật lý để thực hiện quá trình như: nhiệt độ, tính chất vật lý của thiết bị và tải trọng thuỷ lực… + Hệ thông lọc sinh học: Nguyên lý: Lọc sinh học là một quá trình lọc nước thải qua một hệ thống vật liệu lọc mà trên đó xảy ra các phản ứng oxi hoá sinh học các chất hữu cơ. Quá trình lọc được thực hiện trong bể chứa vật liệu lọc: một hệ thông vi sinh vật sinh trưởng và được cố định, tạo thành lớp màng bám trên bề mặt vật liệu lọc. Nước thải chảy trên bề mặt đó và tiếp xúc với màng sinh học, các chất hữu cơ và oxi hoà tan khuyếch tán qua màng và ở đó diễn ra quá trình trao đối chất của vi sinh vật. Từ các quá trình trao đổi chất, được thải ra ngoìa màng. Bể lọc có thể có dạng hình hộp hoặc hình trụ. Vật liệu lọc có thể ở dạng xốp tự nhiên hay nhân tạo và có kích thước hạt thay đổi 1,5-2 cm. Phần III Thiết Kế Công Nghệ và Hệ Thống Thiết Bị Mô hình xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp bùn hoạt tính. Song chắn rác. Bể điều hoà lưu lượng Bể lắng sơ cấp Bể hoà trộn Bể lắng thứ cấp Bể phản ứng Bể nén bùn Bể tái sinh bùn Bể Aeroten Bể khí nén 1 2 9 3 10 4 5 8 6 7 II. Thuyết minh mô hình. Song chắn rác. Nước thải sinh hoạt trước khi đi vào hệ thống xử lý phải qua song chắn rác. Tại đây, song chắn rác có tác dụng ngăn chặn lại các rác như: Túi bóng, ni lông, lá cây, cành củi,… để thuận tiện cho quá trình xử lý tiếp theo. Song chắn rác có thể làm bằng nhựa hoặc thép chống rỉ có dạng lưới. Bể điều hoà lưu lượng. Bể điều hoà lưu lượng có tác dụng chứa nước thải trước khi đi vào hệ thống xử lý. Nhờ thế, nước thải sinh hoạt được ổn định về cả lưu lượng và thành phần. Bể lắng sơ cấp. Khi nước thải qua song chắn rác và bể điều hoà lưu lượng thì không phải tất cả các tạp chất có trong đó sẽ được loại bỏ hết mà còn nhiều chất khác có kích thước nhỏ hơn, chúng ở dạng khó phân huỷ. Nếu đưa vào xử lý ngay thì nước thải rất khó được làm sạch. Do vậy, bể lắng sơ cấp có tác dụng lắng các vật liệu có kích thước nhỏ và những chất ở dạng lơ lửng. Kết quả thu được ở đáy bể lắng gồm: sỏi, cát, cặn lắng, bùn thô. Phần nước sau khi lắng được chảy sang bể hoạt hoá Aeroten. Bể Aeroten. Nước thải sau bể lắng đợt một có chứa các chất hữu cơ hoà tan và các chất lơ lửng đi vào bể phản ứng hiéu khí. Khí nén được đưa từ ngoài vào thông qua hệ thống sục khí đặt dưới đáy bể và sục trực tiếp vào nước thải. Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú và phát triển của vô số vi khuẩn và sinh vật sống khác. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng các chất hữu cơ (BOD), chất dinh dưỡng ( N, P) làm thức ăn để chuyển chúng thành chất trơ không hoà tan và các tế bào mới. Quá trình chuyển hoá được thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp nhau. Vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, chuyển chúng thành các hợp chất hữu cơ có cấu trúc đơn giản hơn, một vài vi khuẩn khác dùng chất này làm thức ăn và lại thải ra các hợp chất đơn giản hơn nữa. Và quá trình này cứ tiếp tục đến khi chất thải cuối cùng không thể dùng làm thức ăn cho bất cứ vi sinh vật nào nữa. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aeroten của lượng nước thải đi vào bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải xử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng đợt hai bằng cách tuần hoàn bùn ngược trở lại bể Aeroten để duy trì đủ nồng độ vi khuẩn trong bể. Sau khi bông bùn được tạo ra thì nước thải được chuyển sang bể lắng thứ cấp để lắng trong. Bể lắng thứ cấp. Bể có tác dụng lắng trong nước thải, tách riêng phần bùn hoạt tính ra khỏi nước và loại bỏ triệt để các tạp chất. Kết quả là phần trên của bể nước thải được lắng trong, bùn hoạt tính lắng xuống đáy bể. Một phần bùn này được tuần hoàn lại bể tái sinh bùn, sau đó được chuyển sang bể hoà trộn nước với thải từ bể lắng sơ cấp sang và tháo xuống bể Aeroten. Bể phản ứng. Nước thải khi đã được lắng trong ở bể lắng thứ cấp thì không được thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà phải qua bể khử trùng. Dùng Clo để khử trùng, diệt các vi sinh vật gây bệnh và các vi sinh vật có hại. Khi thải ra môi trường, nước thải sau khi xử lý không gây ra bất cứ ô nhiễm nào khác. III. Thiết kế các chỉ tiêu công nghệ chủ yếu. Nước thải cần xử lý có các thông số sau: + BOD = 1000 mg/l + BOD < 100 mg/l + Lưu lượng: Q = 400 m3/ngày.đêm + Cặn lơ lửng ban đầu: SS = 400 mg/l. III.1. Tính toán công nghệ Tính bể lắng sơ cấp. Ta có: , ngày. Vl = 17,663 m3 ( Xem III.2) (ngày) hay 1,059 (h) Vận tốc giới hạn trong vùng lắng: , m/s , + k: Hệ số phụ thuộc vào tính chất cặn, đối với nước thải sinh hoạt lấy k=0,05 [IV 45]; +: Tỷ trọng của hạt (1,2-1,6), chọn 1,25 [IV48]; + g: Gia tốc trọng trường: 9,8 m/s; + d: Đường kính tương đương của hạt, chọn 10-4 m/s + f: Hệ số ma sát phụ thuộc vào đặc tính bề mặt của hạt và số Raynol của hạt khi lắng (0,02-0,03), lấy f=0,025 [IV48]; m/s; Vận tốc nước chảy trong vùng lắng. (m/h) = 6,56.10-4 (m/s); Vởy V<Vh nên thoả mãn. Hiệu quả khử BOD và SS. 1.2.1. Hiệu quả khử BOD. ; t: Thời gian lưu của nước (t=1,059h); a: 0,018(h) [bảng(4-5)-48]; b: 0,02 a,b- Hằng số thực nghiệm ở nhiệt độ 200C. Ta có: Vởy BOD ra khỏi bể lắng sơ cấp là: BOD=1000-0,2703.1000=729,7 (mg/l); 1.2.2 Hiệu quả khử SS. Trong đó: a=0,0075 b=0,014 Bảng(4-5)-IV48. Vởy cặn lơ lửng còn lại ra khỏi bể lắng sơ cấp là: SS= 400- 400.0,4743= 210,28 mg/l. 2.Tính toán bể Aeroten. Các thông số cần chọn: + Nồng độ bùn hoạt tính trong bể ( 2800-4000 mg/l), chọn X= 3500 mg/l. + Tuổi của bùn ( 4-15 ngày), chọn =10 ngày. + Độ tro của cặn, chọn Z=0,3. Nồng độ bùn tuần hoàn: 12000 mg/l. + Nước thải xử lý xong đạt BOD=50 mg/l. Cặn lơ lửng SS= 23 mg/l trong đó 65% là cặn hữu cơ. Sơ đồ làm việc của bể Aeroten: Q Q 2.1 Hiệu quả xử lý. 2.1.1. Lượng cặn hữu cơ trong nước thải ra khỏi bể thứ cấp: a=23.0,65=14,95 mg/l. 2.1.2. Lượng BOD khi bị oxi hoá hết chuyển thành cặn tăng lên 1,42 lần: ( 1 mg BOD oxi hoá hoàn toàn để chuyển thành cặn thì tiêu thụ hết 1,42 mg Oxi). b=14,95.1,42=21,229 mg/l; 2.1.3. Chọn Lượng BOD chứa trong cặn ở đầu ra: c=21,229.0,95=20,168 mg/l; 2.1.4. Lượng BOD hoà tan còn lại trong nước thải ra khỏi bể lắng thứ cấp: d=50-20,168=29,83 mg/l; 2.1.5. Hiệu quả khử BOD ở bể lắng sơ cấp là 27,03% nên BOD ra khỏi bể lắng sơ cấp là: mg/l. Và BOD còn lại trong nước thải ra khỏi bể lắng thứ cấp là: S=29,83 mg/l. Do vậy, hiệu quả làm sạch BOD hoà tan là: [IV-67] Thay số : 2.2. Thời gian lưu của nước thải trong bể. , ngày Thay số: ngày =15 (h); 2.3. Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra khi hiệu quả khử BOD đạt 95,91%. 2.3.1. Tốc độ sinh trưởng của bùn hoạt tính. [IV-(5-24)-68] Thay số: 2.3.2. Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong một ngày , Kg/ngày (g/ngày) =87,484 (kg/ngày). 2.3.3. Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro: Z=0,3 [IV-157] (Kg/ngày.đêm) 2.4. Lưu lượng bùn xả. Từ Suy ra: + Q=Q=400 (m3/ngày) – Coi như lượng nước theo bùn ra là không đáng kể. + X: Nồng độ bùn hoạt tính lấy từ đáy bể lắng thứ cấp để tuần hoàn lại bể Aeroten, X=12000 mg/l +X: Nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đã lắng: X=a.0,7=14,95.0,7=10,465 mg/l. Lượng cặn hữu cơ ra khỏi bể lắng thứ cấp, a=0,7 – Tỷ lệ lượng cặn hữu cơ trong tổng số lượng cặn hữu cơ và cặn không tro (m3/ngày) 2.5. Xác định lưu lượng bùn tuần hoàn. Để có nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trị X=3500 mg/l thì từ phương trình cân bằng vật chất ta có: Suy ra: = Nên: (m3/ngày) 2.6. Tính lượng oxi cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn: -1,42.P + f: Hệ số chuyển đổi BOD sang BOD ( thường 0,45- 0,68), chọn f=0,68 + 1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang BOD Thay số: (Kg O/ngày) Lượng oxi cần trong điều kiện thực ở 20C: + : Nồng độ bão hoà oxi trong nước ở 20oC, =9,08 mg/l + : Nồng độ oxi duy trì trong bể, =2 mg/l Thay số: (Kg O/ngày) 2.7. Kiểm tra các chỉ tiêu làm việc của bể: : Tỷ lệ BOD có trong nước thải và trong bùn hoạt tính (g/g.h) 2.8. Lượng không khí cần thiết: 2.8.1. áp dụng hệ thống phân phối bọt khí lớn kiểu bơm Airlift của trường Mixi, hệ số + Công suất hoà tan oxi, OC=5,5 g O/m3khí.1msâu + Thiết kế bể Aeroten sâu 6m cột nước 2.8.2. Lượng không khí cần thiết: +=368,69 Kg/ngày + OC=5,5 + h=1,8 m , độ ngập của lỗ phun m3/ngày =1551,73 m3/h hay 155,17 m3/h.m2 2.9. Nồng độ BOD ở đầu bể sau khi đã trộn giữa lưu lượng và lưu lượng tuần hoàn : , hệ số tuần hoàn mg/l, BOD ra khỏi bể lắng sơ cấp S=50 mg/l, BOD ra khỏi bể lắng thứ cấp Thay số: (mg/l); 2.10. Lưu lượng vào bể Aeroten sau khi trộn giữa và : m3/ngày = 28,57 m3/h. 3.Tính toán bể lắng thứ cấp. 3.1. Diện tích mặt bằng của bể: ,m2 + C: Nồng độ bùn ở đáy bể lắng thứ cấp, C=12000 mg/l + V: Vận tốc lắng được xác định theo công thức thực nghiệm của Lee-1982 và wilson-1996 ,m/h : Vận tốc lắng của bể tại bề mặt phân chia. , : nồng độ cặn g/m3 V chọn = 7 m/h K chọn = 600, đơn vị cặn có SVI=50-150 Thay số: (m/h) = 0,00053 (m/s) m2 3.2. Thời gia._.